Galerie projektu 2023
Studenti středních škol z celé Evropy se ve spolupráci s ESA stali exoplanetárními detektivy a pomocí dat z družice Cheops odhalili záhady dvou exoplanet: KELT-3b a TOI-560c.
Prohlédněte si níže uvedené projekty.
Ústav Českolipská
Vítěz ceny za nejlepší projekt
Gymnázium Českolipská 373 Praha - Česká republika 18 let 3 / 1
TOI-560c
Popis projektu TOI-560c:
Náš projekt se zaměřil na to, abychom o exoplanetě zjistili co nejvíce informací, porovnali ji s našimi planetami a dalšími známými exoplanetami a zpřístupnili ji veřejnosti.
Použili jsme data z křivky světelného tranzitu a některé informace, které nám poskytli organizátoři (hmotnost planety a Slunce). Použili jsme známé vzorce k určení všech oběžných charakteristik planety a k předpovědi jejích vnějších vlastností, jako je možnost existence měsíce atd.
Naším hlavním výstupem je plakát (v souborech) a webová stránka podobná wiki (odkaz zde a v zásuvce na webové stránce projektu), které jsou snadno srozumitelné pro širokou veřejnost.
TOI-560c Výsledky a analýza
Vypočtené Rp: 2,50492577 Re
Objem = 40,9 Ve (4,46e13 m3)
Hmotnost= 9,70 +-1,8 Me
Hustota = 3,9 g/cm3
Oběžná doba = 18,87 dne
Střední vzdálenost od Slunce: 0,12 AU
Maginitude= 7.7 (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac9834#ajac9834s2)
Oběžná rychlost = 248 064 Km/h
Doba přepravy = 3,7 h
Dráha před Sluncem = 339 564 km
Parametr dopadu ze Země = 0,21 -> 88147 km
hustá vodíkově-heliová atmosféra, pravděpodobně s hlubokými vrstvami ledu, hornin nebo kapalných oceánů - z vody, čpavku, směsi obojího nebo těžších těkavých látek.
Informace o podobné planetě: http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/BD-06_1339_b.html
Záření na planetární hranici TOI-560 c : 16837,85 W/m2
Klasifikace exoplanet se často opírá o soubor obecných charakteristik, jako je jejich velikost, hmotnost a složení atmosféry. Tradičně se za mini-neptuny považují planety větší než Země, ale menší než Neptun, které se obvykle vyznačují hustým plynným obalem obklopujícím kamenné nebo ledové jádro. Naproti tomu super-Země jsou definovány jako planety s hmotností a velikostí přesahující hmotnost naší planety, ale nedosahující hranice plynných obrů.
Protože je TOI-560c tak vzdálený, máme jen málo informací o tom, jak vlastně vypadá, z čeho se skládá, jaký je tlak a teplota jeho vrstev a jaká je jeho barva. Některé z těchto informací lze odhadnout na základě její předpokládané podobnosti s blíže studovanými planetami, v tomto případě s Neptunem. Pokud předpokládáme, že TOI-560 je planetou typu mini Neptunu, můžeme říci, že má 4 vrstvy - jádro - z kovů, hornin a ledu; plášť - z kapalné a zmrzlé vody, čpavku a metanu; atmosféru - z vodíku, helia a plynného metanu ; horní atmosféru (také exosféru) - kde jsou lehké plyny a vrcholky mraků.
Pokud je však TOI-560c skalnaté povahy, jak naznačuje NASA, má pravděpodobně chemicky složitější složení a má pouze tenkou vrstvu plynného obalu. V takovém případě je pravděpodobnější polotekuté jádro z těžkých kovů, tekutá obálka a pevná vrstva na povrchu.
TOI-560c je podle našich výpočtů s největší pravděpodobností kamenná planeta s malým železným jádrem a velkou polotekutou kovovou vrstvou z křemíku a niklu. Na ni navazuje silná vrstva ledu nad povrchovou tenkou atmosférou. + přidat výpočty a nějaký popis
Potřeba dodělat okec o rychlosti oběhu atd.
"Mini Neptun (někdy označovaný jako plynný trpaslík nebo přechodná planeta) je planeta méně hmotná než Neptun, ale podobná Neptunu, protože má hustou vodíkovo-heliovou atmosféru, pravděpodobně s hlubokými vrstvami ledu, hornin nebo kapalných oceánů (z vody, čpavku, směsi obojího nebo těžších těkavých látek). Plynný trpaslík je plynná planeta s kamenným jádrem, která má nahromaděný silný obal z vodíku, helia a dalších těkavých látek, v důsledku čehož má celkový poloměr mezi 1,7 a 3,9 poloměru Země (1,7-3,9 REarth). Tento termín se používá v třístupňovém klasifikačním režimu pro krátkoperiodické exoplanety založeném na metalicitě, který zahrnuje také kamenné planety podobné terestrickým s poloměrem menším než 1,7 REarth a planety větší než 3,9 REarth, tedy ledové a plynné obry." (Citace,...)
Superzemě je typ exoplanety, jejíž hmotnost je vyšší než hmotnost Země, ale podstatně nižší než hmotnost ledových obrů Sluneční soustavy, Uranu a Neptunu, které mají hmotnost 14,5krát vyšší než Země, resp. 17krát vyšší než Země. Termín "superzemě" se vztahuje pouze na hmotnost planety, a neznamená tedy nic o podmínkách na povrchu nebo obyvatelnosti.
Hvězdy typu K jsou oranžové hvězdy, které jsou o něco chladnější než Slunce. Tvoří asi 12% hvězd hlavní posloupnosti v okolí Slunce. Existují také obří hvězdy typu K, které se pohybují od hyperobrů, jako je RW Cephei, až po obry a veleobry, jako je Arcturus, zatímco oranžoví trpaslíci, jako je Alfa Centauri B, jsou hvězdy hlavní posloupnosti. Mají extrémně slabé čáry vodíku, pokud jsou vůbec přítomny, a převážně neutrální kovy (Mn I, Fe I, Si I). Na konci K se objevují molekulární pásy oxidu titaničitého. Hlavní teorie (ty, které vycházejí z nižší škodlivé radioaktivity a dlouhověkosti hvězd) by tedy naznačovaly, že takové hvězdy mají optimální šance na rozvoj silně vyvinutého života na obíhajících planetách (pokud je takový život přímo analogický pozemskému) díky široké obyvatelné zóně a zároveň mnohem nižším škodlivým emisním periodám ve srovnání s hvězdami s nejširšími takovými zónami.
TOI-560b
Planeta s uvedenými údaji byla objevena v roce 2021. Její hmotnost je uváděna jako 0,0321násobek hmotnosti Slunce s nejistotou -0,0098 +0,0107 slunečních hmotností. Hmotnost vynásobená sinusem sklonu (ve stupních) nebyla uvedena. Poloosa planety je 0,0604 ± 0,0026 au. Oběžná doba planety kolem mateřské hvězdy je 6,398042±6,5e-06 dne. Excentricita dráhy planety je 0,105 s nejistotou -0,068 +0,084. Argument pericentra (ω) je 262,0 stupňů s nejistotou -62,0 +256,0 stupňů.
Poloměr planety je 0,2489násobek poloměru Jupiteru s nejistotou ± 0,009 jupiterského poloměru. Sklon dráhy planety je 88,37 ± 0,18 stupně.
Vypočtená teplota planety je 721,0 K s nejistotou ± 21,0 K."
Metodou detekce planety je primární tranzit, což znamená, že planeta přechází před svou mateřskou hvězdou a způsobuje dočasný pokles jasnosti. Hmotnost planety byla určena pomocí metody radiální rychlosti, která sleduje pohyb hvězdy způsobený gravitačním působením planety. Poloměr planety byl rovněž určen pomocí metody primárního tranzitu.
Další názvy: GJ 313 b, Gaia DR2 5746824674801810816 b, TYC 5441-431-1 b, HIP 42401 b, HD 73583 b
Typ: Neptunu podobný
Hmotnost 0.0321 ( -0.0098 +0.0107 ) S
Hmotnost*sin(i) -
Poloměrná osa 0,0604 (± 0,0026)
Oběžná doba 6,398042 (± 6,5e-06) dne
Excentricita 0,105 ( -0,068 +0,084 )
ω 262,0 ( -62,0 +256,0 ) stupňů
Poloměr 0,2489 (± 0,009) RJ
Sklon 88,37 (± 0,18) stupňů
Aktualizace 2022-07-29
Metoda detekce Primární tranzit
Metoda detekce hmotnosti Radiální rychlost
Metoda detekce poloměru Primární tranzit
Primární tranzit 2458517.6901 ( -0.00062 +0.00056 ) JD
Sekundární tranzit 2458520.15 (± 0.85) JD
Parametr dopadu b 0,601 ( -0,083 +0,077 )
Čas Vr=0
Rychlost Poloměr K 4,39 ( -1,3 +1,4 ) m/s
Vypočtená teplota 721,0 (± 21,0) K
Horká neptunská poušť
Horká neptunská poušť je oblast, kde planety velikosti Neptunu nemohou dlouhodobě existovat, protože vzhledem k jejich velikosti a teplotě - blízkosti hvězdy - se lehké prvky z jejich atmosféry vypařují, což se stupňuje až k prosté ztrátě atmosféry a zůstává jen kamenné jádro. K tomu dochází u planet s poloměrem kolem 3-10 Zemí a vzdáleností od hvězd kratší než asi 9 milionů kilometrů. Dostatečně vysoká teplota pro tento jev je způsobena intenzivním zářením hvězdy v důsledku těsné blízkosti planety ke hvězdě. Intenzitu záření ovlivňuje také stáří hvězdy a její spektrální typ. K podobnému jevu, ale v mnohem menším měřítku, dochází za horkou Neptunovou pouští, kde čím dále je planeta od hvězdy, tím méně se atmosféra samovolně vypařuje. Je tedy možné, že obě planety v systému TOI-560 (potvrzeno je to pouze u TOI-560b) pomalu ztrácejí atmosféru. Pravděpodobně však nikdy nedojde k tomu, že by atmosféru ztratily úplně.
jeden z nejteplejších známých Neptunů (GJ 436b) ztrácí svou atmosféru. Neočekává se, že by se tato planeta vypařila, ale teplejší Neptuny by takové štěstí mít nemusely. Intenzivní záření hvězdy může atmosféru ohřát natolik, že unikne gravitačnímu působení planety jako nepřipoutaný horkovzdušný balón. Unikající plyn vytvoří kolem planety obří mrak, který se rozptýlí do vesmíru.
To by mohl být případ planety GJ 3470b, "velmi teplého Neptunu", který ztrácí atmosféru stokrát rychleji než GJ 436b. Obě planety se nacházejí asi 3,7 milionu mil (5,5 milionu kilometrů) od svých hvězd. To je desetina vzdálenosti mezi nejvnitřnější planetou naší sluneční soustavy, Merkurem, a Sluncem. Jedním z důvodů, proč se GJ 3470b možná vypařuje rychleji než GJ 436b, je to, že nemá takovou hustotu, takže je méně schopna gravitačně udržet zahřátou atmosféru.
Obě planety obíhají kolem červených trpaslíků, ale GJ 3470b obíhá kolem mnohem mladší hvězdy, která je stará pouze 2 miliardy let, zatímco GJ 3470b obíhá kolem hvězdy staré 4 až 8 miliard let. Mladší hvězda je energetičtější, takže bombarduje planetu více puchýřovitým zářením, než jaké dostává GJ 436b.
Nález dvou vypařujících se, teplých Neptunů posiluje myšlenku, že horké verze těchto obvykle vzdálených světů mohou být třídou planet v přechodném období. Je možné, že konečným osudem horkých a velmi teplých Neptunů je smrštění na mini-Neptuny - planety s těžkou atmosférou s převahou vodíku, které jsou větší než Země, ale menší než Neptun. Nebo se mohou zmenšit ještě více a stát se superzeměmi - hmotnějšími, kamenitými verzemi Země.
Neptunská poušť nebo subjovská poušť je obecně definována jako oblast v blízkosti hvězdy (perioda 0,1 MJ), kde se nacházejí exoplanety.Tato oblast je silně ozařována hvězdou, což znamená, že planety si nemohou udržet plynné atmosféry: Vypařují se a zůstává jen kamenné jádro.
Prozkoumali jsme možnost, že planeta nemůže být mini Neptun, protože by mohla udržet svou vodíkovou heliovou atmosféru.
Střední kořenová rychlost molekul vodíku a helia je však na okraji atmosféry planety mnohem nižší než úniková rychlost. Zkoumal jsem také možnost, že atmosféru odnáší sluneční vítr. Po prozkoumání TOI 560 b, kterou jsem kvůli její hustotě vyloučil jako mini Neptun. Takové planety mají velmi slabou magnetosféru, což znamená, že atmosféra by byla odfouknuta i na této planetě.
Ve smlouvě
Články:
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac3fa7/pdf
https://exoplanets.nasa.gov/eyes-on-exoplanets/#/planet/HD_73583_c/
http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TOI-560_c.html
http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/
https://academic.oup.com/mnras/article/514/2/1606/6548902?login=false
Posun teploty a tlaku v různých výškách. Průměrná teplota na vrcholcích mraků je minus 346 stupňů Fahrenheita (minus 210 stupňů Celsia).
Stejně jako ostatní plynní obři nemá ani tato obrovská planeta pevný povrch. Místo toho se plyn táhne až k vodnímu amoniakovému oceánu, který tvoří plášť planety. Vědci definovali "povrch" Neptunu jako oblast, kde se povrchový tlak rovná tlaku na Zemi na úrovni hladiny moře. Teplota na tomto "povrchu" je přibližně minus 346 F (minus 201 C).
Průměrná teplota planety je minus 353 F (minus 214 C).
TOI-560c Závěry
Došli jsme k závěru, že TOI-560 je skutečně velmi zajímavá exoplaneta, protože by mohla být jak plynným obrem, tak i pevnou planetou. Přikláníme se však k tomu, že se jedná o malého plynného obra, který je klasifikován jako mini Neptun podobný své sesterské planetě. Většina jejích vlastností je pravděpodobně velmi podobná naší planetě Neptun, kromě hustoty, která je u TOI560 vyšší. To naznačuje silný sluneční vítr a absenci nebo velmi slabou ochrannou magnetosféru.
Tato planeta by rozhodně potřebovala další výzkum. Nejužitečnějšími údaji by byla spektroskopie Slunce a planet, pomocí které bychom mohli určit složení a barvu prvků na planetě.
Podpůrné soubory:
